怎樣估計電源負載瞬態(tài)響應

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怎樣估量電源負載瞬態(tài)響應

介紹了一種通過了解掌握帶寬和輸出濾波器電容特性估算電源瞬態(tài)響應的簡約方法。該方法充分利用了這樣一個事實，即全部電路的閉環(huán)輸出阻抗均為開環(huán)輸出阻抗除以1加環(huán)路增益，或簡約表述為：

圖1以圖形方式說明白上述關(guān)系，兩種阻抗均以dB-Ω或20*log[Z]為單位。在開環(huán)曲線上的低頻率區(qū)域內(nèi)，輸出阻抗取決于輸出電感阻抗和電感。當輸出電容和電感發(fā)生諧振時，形成峰值。高頻阻抗取決于電容輸出濾波器特性、等效串聯(lián)電阻(ESR)以及等效串聯(lián)電感(ESL)。將開環(huán)阻抗除以1加環(huán)路增益即可計算得出閉環(huán)輸出阻抗。

由于該圖形以對數(shù)表示，即簡約的減法，因此在增益較高的低頻率區(qū)域阻抗會大大降低;在增益較少的高頻率區(qū)域閉環(huán)和開環(huán)阻抗基本上是一樣的。在此需要說明如下要點：

1)峰值環(huán)路阻抗涌現(xiàn)在電源交叉頻率四周，或涌現(xiàn)在環(huán)路增益等于1(或0dB)的地方;以及

2)在大部分時間里，電源掌握帶寬都將會高于濾波器諧振，因此峰值閉環(huán)阻抗將取決于交叉頻率時的輸出電容阻抗。

圖1：閉環(huán)輸出阻抗峰值Zout涌現(xiàn)在掌握環(huán)路交叉頻率處

一旦知道了峰值輸出阻抗，就可通過負載變動幅度與峰值閉環(huán)阻抗的乘積來輕松估算瞬態(tài)響應。有幾點考前須知需要說明一下，由于低相位裕度會引起峰化，因此實際的峰值可能會更高些。然而，就快速估量而言，這種影響可以忽視不計[1]。

第二個需要留意的事項與負載改變幅度上升有關(guān)。假如負載改變幅度改變緩慢(dI/dt較低)，那么響應取決于與上升時間有關(guān)的低頻率區(qū)域閉環(huán)輸出阻抗;假如負載改變幅度

改變極為快速，那么輸出阻抗將取決于輸出濾波器ESL。假如的確如此，那么可能需要更多的高頻旁通。最末，就極高性能的系統(tǒng)而言，電源的功率級可能會限制響應時間，即電感器中的電流可能不能像掌握環(huán)路期望的那樣快速響應，這是由于電感和施加的電壓會限制電流轉(zhuǎn)換速率。

下面是一個如何運用上述關(guān)系的例如。問題是依據(jù)200kHz開關(guān)電源10amp改變幅度允許范圍內(nèi)的50mV輸出改變選擇一個輸出電容。所允許的峰值輸出阻抗為：Zout=50mV/10amps或5毫歐。這就是最大允許輸出電容ESR。接下來就是建立所需的電容。幸運的是，ESR和電容均為正交型，可單獨處理。一個高(Aggressive)電源掌握環(huán)路帶寬可以是開關(guān)頻率的1/6或30kHz。于是在30kHz時輸出濾波電容就需要一個不到5毫歐的電抗，或高于1000uF的電容。圖2顯示了在5毫歐ESR、1000uF電容以及30kHz電壓模式掌握條件時這一問題的負載瞬態(tài)仿真。就校驗這一方法是否有效的10amp負載變動幅度而言，輸出電壓改變大約為52mV。

圖2：仿真校驗估量負載瞬態(tài)性能

怎樣估量電源負載瞬態(tài)響應

介紹了一種通過了解掌握帶寬和輸出濾波器電容特性估算電源瞬態(tài)響應的簡約方法。該方法充分利用了這樣一個事實，即全部電路的閉環(huán)輸出阻抗均為開環(huán)輸出阻抗除以1加環(huán)路增益，或簡約表述為：

圖1以圖形方式說明白上述關(guān)系，兩種阻抗均以dB-Ω或20*log[Z]為單位。在開環(huán)曲線上的低頻率區(qū)域內(nèi)，輸出阻抗取決于輸出電感阻抗和電感。當輸出電容和電感發(fā)生諧振時，形成峰值。高頻阻抗取決于電容輸出濾波器特性、等效串聯(lián)電阻(ESR)以及等效串聯(lián)電感(ESL)。將開環(huán)阻抗除以1加環(huán)路增益即可計算得出閉環(huán)輸出阻抗。

由于該圖形以對數(shù)表示，即簡約的減法，因此在增益較高的低頻率區(qū)域阻抗會大大降低;在增益較少的高頻率區(qū)域閉環(huán)和開環(huán)阻抗基本上是一樣的。在此需要說明如下要點：

1)峰值環(huán)路阻抗涌現(xiàn)在電源交叉頻率四周，或涌現(xiàn)在環(huán)路增益等于1(或0dB)的地方;以及

2)在大部分時間里，電源掌握帶寬都將會高于濾波器諧振，因此峰值閉環(huán)阻抗將取決于交叉頻率時的輸出電容阻抗。

圖1：閉環(huán)輸出阻抗峰值Zout涌現(xiàn)在掌握環(huán)路交叉頻率處

一旦知道了峰值輸出阻抗，就可通過負載變動幅度與峰值閉環(huán)阻抗的乘積來輕松估算瞬態(tài)響應。有幾點考前須知需要說明一下，由于低相位裕度會引起峰化，因此實際的峰值可能會更高些。然而，就快速估量而言，這種影響可以忽視不計[1]。